滕英才

(中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430223)

0 前言

帶鋼處理線中的清洗段的刷洗裝置主要用來去除帶鋼表面的氧化鐵皮，以及酸洗或堿洗作業(yè)線中殘留的大量微小異物，提高帶鋼表面質(zhì)量［1-3］。刷洗裝置中的噴嘴，用來沖洗帶鋼上下表面的氧化鐵皮，同時(shí)也具有冷卻刷毛、防止刷毛熱硬化破碎的作用［4-6］。

刷洗作業(yè)中，隨著刷輥刷毛的消耗和其他因素的影響，刷輥會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和壓下(或壓上)，導(dǎo)致過鋼線也在不斷地變化。在刷洗作業(yè)初期，噴嘴會(huì)向刷輥和帶鋼前面的指定區(qū)域進(jìn)行噴水，當(dāng)刷洗作業(yè)工作一段時(shí)間后，過鋼線會(huì)隨著刷輥的振動(dòng)和壓下(或壓上)而發(fā)生偏移。如果噴嘴的噴射角度固定不變的話，冷卻水就不能噴到刷輥的正確位置上，刷輥和帶鋼之間的摩擦系數(shù)增大，刷毛的研削量劇增，導(dǎo)致刷輥刷毛異常磨損，勢必會(huì)引起刷輥產(chǎn)生較大振動(dòng)，帶來高分貝的噪音，直接降低了刷輥的使用壽命，增加生產(chǎn)成本［7-8］。針對(duì)上述問題，開發(fā)出一種噴嘴角度可以自動(dòng)調(diào)節(jié)的裝置，該裝置可以隨著上下刷輥的位置改變自動(dòng)調(diào)節(jié)噴嘴的噴射角度，從而使噴嘴噴出的冷卻水始終噴到刷輥和帶鋼的合理區(qū)域，進(jìn)而有效地避免刷輥異常磨損現(xiàn)象的發(fā)生，延長刷輥的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。

1 噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)形式

如圖1所示，噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置安裝在刷洗裝置的傳動(dòng)側(cè)，主要由旋轉(zhuǎn)體、上調(diào)節(jié)桿、連桿、下調(diào)節(jié)桿、平衡彈簧以及彈簧支架等組成。噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的旋轉(zhuǎn)體中心始終位于刷洗裝置上刷輥和下刷輥的中心線上。噴嘴的最佳噴射方向即指向刷輥與鋼板相切點(diǎn)前面的指定區(qū)域。

圖1 噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置Fig.1 Auto-spray device which can automatically adjust spray angle

1.1 噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)原理

如圖1所示，噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的上調(diào)節(jié)桿右端與上噴嘴噴管驅(qū)動(dòng)側(cè)末端通過鍵連接，上調(diào)節(jié)桿左端與旋轉(zhuǎn)體相連接，上噴嘴噴管在上調(diào)節(jié)桿的帶動(dòng)下可以繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。下調(diào)節(jié)桿右端與下噴嘴噴管驅(qū)動(dòng)側(cè)末端連接，下調(diào)節(jié)桿左端與平衡彈簧上端的活動(dòng)鋼片接觸，下噴嘴噴管在下調(diào)節(jié)桿帶動(dòng)下可以繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。下調(diào)節(jié)桿與上調(diào)節(jié)桿之間由連桿連接，使上、下調(diào)節(jié)桿運(yùn)動(dòng)保持同步，即當(dāng)工況發(fā)生變化，旋轉(zhuǎn)體中心向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，上調(diào)節(jié)桿和下調(diào)節(jié)桿同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)(逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))，下調(diào)節(jié)桿壓住鋼片壓縮彈簧一起向下運(yùn)動(dòng);當(dāng)旋轉(zhuǎn)體中心向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，上調(diào)節(jié)桿和下調(diào)節(jié)桿同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)(順時(shí)針旋轉(zhuǎn))，鋼片在平衡彈簧彈力作用下，協(xié)助下調(diào)節(jié)桿一起向上運(yùn)動(dòng)。

上述平衡彈簧有兩個(gè)，兩個(gè)平衡彈簧套在兩個(gè)與彈簧支架連接的螺絲桿上，彈簧支架通過下軸承座鎖緊架固定在刷洗機(jī)架上，平衡彈簧下端由螺母頂住，螺母可以調(diào)節(jié)平衡彈簧的平衡力，平衡彈簧的作用是平衡下調(diào)節(jié)桿，保持下調(diào)節(jié)桿與上調(diào)節(jié)桿同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

刷洗裝置的噴管和調(diào)節(jié)桿之間的連接如圖2所示，噴管的驅(qū)動(dòng)側(cè)與連接軸一端通過鍵連接，連接軸的另一端與調(diào)節(jié)桿一端通過鍵連接，連接軸為空心軸形式，端頭用塞子堵住?？招妮S由軸承和法蘭支承，可以繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，即當(dāng)旋轉(zhuǎn)體上下移動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)體帶動(dòng)上調(diào)節(jié)桿，上調(diào)節(jié)桿帶動(dòng)下調(diào)節(jié)桿一起繞上、下噴管的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)噴嘴角度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

圖2 調(diào)節(jié)桿與噴管的轉(zhuǎn)動(dòng)原理圖Fig.2 Adjustment lever and spout rotating schematics

1.2 旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)

如圖3所示，旋轉(zhuǎn)體中關(guān)鍵的部分是彈性組件。彈性組件又名橡膠彈簧，是一種緩沖裝置，它同時(shí)具有彈簧、緩沖器和軸承的三大功能，是多用途多功能的緩沖裝置。與鋼彈簧相比彈性組件具有很多優(yōu)點(diǎn):高自然阻尼、抗沖擊性能好、隔絕振動(dòng)以及抗腐蝕和長壽命，噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置選擇彈性組件作為彈簧扭轉(zhuǎn)件，另一個(gè)原因是彈性組件可以在±30°范圍內(nèi)自由扭轉(zhuǎn)，且工作時(shí)無噪聲，無需潤滑。由于噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置很多情況下，旋轉(zhuǎn)體只發(fā)生扭轉(zhuǎn)，噴嘴角度不變化，所以彈性組件會(huì)成為噴嘴角度調(diào)節(jié)裝置的重要部件。

如圖4所示，噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的旋轉(zhuǎn)體與上調(diào)節(jié)桿相連，旋轉(zhuǎn)體可以繞自己的中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一定角度，正常工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)體菱形兩端與上下刷洗輥軸承座相接觸，使旋轉(zhuǎn)體中心始終保持在上下刷洗輥軸承座位置的中心線上。當(dāng)刷洗輥振動(dòng)、壓下或壓上導(dǎo)致過鋼線發(fā)生變化時(shí)，旋轉(zhuǎn)體會(huì)帶動(dòng)上、下調(diào)節(jié)桿一起運(yùn)動(dòng)，使旋轉(zhuǎn)體中心始終都保持在上下刷洗輥軸承座位置的中心線上。應(yīng)用實(shí)踐表明，旋轉(zhuǎn)體中心保持在上下刷洗輥軸承座位置的中心線上時(shí)，上下噴嘴噴射角度最佳。

圖3 彈性組件Fig.3 Elastic component

圖4 旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)Fig.4 Rotating structure

2 不同工況下噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的動(dòng)作分析

(1)帶鋼厚度變化。如圖5所示，在帶鋼厚度分別為16 mm和2 mm時(shí)，噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的位置是不同的，圖中虛線表示的是帶鋼厚度為2 mm時(shí)，噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的位置，即位置二。當(dāng)帶鋼厚度由16 mm變?yōu)? mm時(shí)，下刷輥不動(dòng)，即過鋼線位置不變，上刷輥要壓下，此時(shí)噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的旋轉(zhuǎn)體中心將跟隨上刷輥向下移動(dòng)，且有輕微的轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)上述原理，上調(diào)節(jié)桿和下調(diào)節(jié)桿在旋轉(zhuǎn)體的帶動(dòng)下也繞著各自的旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)(順時(shí)針)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度約0.89°，可以忽略不計(jì)。由此可知，當(dāng)帶鋼厚度發(fā)生變化時(shí)，噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的旋轉(zhuǎn)體會(huì)隨著上刷輥的升降繞中心旋轉(zhuǎn)，噴嘴角度幾乎不變，可確保冷卻效果。

圖5 不同帶鋼厚度下噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的動(dòng)作Fig.5 Motion of the auto-spray device which can automatically adjust spray angle in different strip thickness

(2)由板形及振動(dòng)引起的過鋼線變化。刷洗作業(yè)中，由于板形或其他因素的影響，刷輥會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和壓下，導(dǎo)致過鋼線也在不斷地變化，這時(shí)上刷輥和下刷輥要及時(shí)調(diào)整位置來達(dá)到良好的刷洗效果。不管過鋼線的位置怎么變化，上刷輥和下刷輥的運(yùn)動(dòng)方向肯定是一致的，即當(dāng)過鋼線上移時(shí)，上、下刷輥同時(shí)向上移動(dòng);當(dāng)過鋼線下移時(shí)，上、下刷輥同時(shí)向下移動(dòng)，這樣勢必帶動(dòng)噴嘴角度調(diào)節(jié)裝置的旋轉(zhuǎn)體跟著刷輥向相同的方向運(yùn)動(dòng)。如圖6所示，圖中過鋼線一對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)體的初始位置一，過鋼線二對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)體位置二，是在上、下刷輥上移的情況下旋轉(zhuǎn)體到達(dá)的位置，如圖中虛線所示。由此可知，在由板形及振動(dòng)引起的過鋼線變化的情況下，噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的旋轉(zhuǎn)體會(huì)隨著上、下刷輥的運(yùn)動(dòng)向相同方向運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)體的移動(dòng)帶動(dòng)上、下調(diào)節(jié)桿繞各自的旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，即噴嘴角度可自動(dòng)調(diào)節(jié)。

圖6 過鋼線變化情況下噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的動(dòng)作Fig.6 Motion of the auto-spray device which can automatically adjust spray angle in different pass line

(3)同一規(guī)格帶鋼刷洗裝置刷毛磨損。刷輥在使用過程中，磨損程度越來越嚴(yán)重，隨著刷輥刷毛的消耗，刷洗升降裝置會(huì)不斷地調(diào)節(jié)上、下刷輥的位置。假設(shè)上刷輥和下刷輥刷毛的磨損量相同，刷毛磨損量按25 mm選取，這時(shí)，上刷輥會(huì)向下壓下25 mm，下刷輥會(huì)向上壓上25 mm，盡管上、下刷輥位置改變，但上、下刷輥軸承間的中心線位置是不變的，這時(shí)噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的旋轉(zhuǎn)體中心不動(dòng)，即上、下調(diào)節(jié)桿的位置不變，噴嘴的噴射方向不變。旋轉(zhuǎn)體繞中心旋轉(zhuǎn)，這時(shí)其內(nèi)部的彈性組件發(fā)生扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)角度大約為12.78°。如圖7所示，噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的旋轉(zhuǎn)體由位置一轉(zhuǎn)到位置二，粉色虛線為刷毛磨損情況下的旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)位置。由此可知，在刷毛磨損情況下，噴嘴的噴射角度不變。

圖7 刷毛磨損情況下噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的動(dòng)作Fig.7 Motion of the auto-spray device which can automatically adjust spray angle in brush wear

3 結(jié)論

帶鋼處理線刷洗裝置的刷輥在使用過程中，如果冷卻介質(zhì)不足或噴嘴的噴射角度不正確，刷輥與帶鋼高速摩擦，刷輥表面產(chǎn)生高溫，導(dǎo)致刷毛燒焦。噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的開發(fā)不僅能有效解決上述問題，還能提高帶鋼表面的質(zhì)量，因此，該裝置的投入使用在生產(chǎn)效率和節(jié)約成本方面起著舉足輕重的作用。文章介紹的噴嘴角度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置已在國內(nèi)某鋼廠進(jìn)行了推廣應(yīng)用，現(xiàn)場應(yīng)用效果顯著。

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